Elektromagnetické spektrum

Elektromagnetické spektrum je rozsah všetkých typov elektromagnetického žiarenia usporiadaných podľa vlnovej dĺžky a frekvencie. Zahŕňa rádiové vlny, mikrovlny, infračervené, viditeľné svetlo, ultrafialové, röntgenové a gama žiarenie. Všetky EM vlny sa vo vákuu šíria rýchlosťou svetla.

Čo je elektromagnetické spektrum?

Elektromagnetické (EM) vlny sú vlny, ktoré prenášajú energiu bez potreby prostredia (môžu sa šíriť vo vákuu). Všetky sa šíria rýchlosťou svetla:

$c = 3 \times 10^8 \text{ m/s vo vákuu}$

Elektromagnetické spektrum je úplný rozsah EM žiarenia usporiadaný podľa vlnovej dĺžky (alebo frekvencie).

Sedem typov

Od najdlhšej vlnovej dĺžky / najnižšej frekvencie → najkratšej vlnovej dĺžky / najvyššej frekvencie:

Typ	Vlnová dĺžka (pribl.)	Použitie	Nebezpečenstvo
Rádiové vlny	> 1 m	Rádio/TV vysielanie	Žiadne pri bežných úrovniach
Mikrovlny	1 mm – 1 m	Mikrovlnné rúry, Wi-Fi, satelity	Môžu zahriať tkanivo
Infračervené (IR)	700 nm – 1 mm	DO ovládače, termokamery, ohrievače	Popáleniny (pri vysokej intenzite)
Viditeľné svetlo	400 – 700 nm	Videnie, fotografia	Žiadne (bežné úrovne)
Ultrafialové (UV)	10 – 400 nm	Opaľovanie, sterilizácia	Rakovina kože, poškodenie očí
Röntgenové lúče	0,01 – 10 nm	Lekárske zobrazovanie, bezpečnostné skenery	Poškodenie buniek, rakovina
Gama žiarenie	< 0,01 nm	Liečba rakoviny, sterilizácia potravín	Veľmi nebezpečné — poškodenie buniek

Poznámka

Pomôcka na zapamätanie (po anglicky): Rather Many Ignored Very Useful X-tra items Globally (Radio, Micro, Infrared, Visible, UV, X-ray, Gamma)

Kľúčové vzťahy

So zvyšujúcou sa vlnovou dĺžkou frekvencia klesá (a naopak):

$c = f \lambda$

kde $c$ = rýchlosť svetla, $f$ = frekvencia (Hz), $\lambda$ = vlnová dĺžka (m).

Vyššia frekvencia = vyššia energia. Gama žiarenie má najviac energie, rádiové vlny najmenej.

Viditeľné svetlo

Viditeľné svetlo je malá časť EM spektra, ktorú ľudské oko zaznamená, s vlnovými dĺžkami 400–700 nm: Fialová → Modrá → Zelená → Žltá → Oranžová → Červená

Prax: Mikrovlnná rúra v kuchyni

Mikrovlnná rúra vyžaruje mikrovlny pri asi 2,45 GHz. Molekuly vody v jedle absorbujú toto žiarenie a kmitajú rýchlejšie — jedlo sa zahrieva zvnútra. Kovové steny spotrebiča odrážajú mikrovlny späť, a sieť na dvierach má medzery menšie ako vlnová dĺžka (~12 cm) — mikrovlny nemôžu uniknúť, ale viditeľné svetlo môže.

Prax: RTG snímka v nemocnici

Pri zlomenine kosti nemocnica využíva röntgenové lúče (vlnová dĺžka 0,01–10 nm). Röntgenové lúče ľahko prechádzajú mäkkým tkanivom, ale hustá kosť ich čiastočne absorbuje — na RTG snímke kosť vyzerá bielo. Táto neinvazívna technika je bežnou lekárskou praxou od konca 19. storočia.

Prax: TV diaľkový ovládač (infračervené žiarenie)

TV diaľkový ovládač vysiela infračervené (IR) žiarenie. Pri stlačení tlačidla LED dióda ovládača bliká zakódovaným IR signálom. IR prijímač televízora ho zaznamená a reaguje. Záblesky nevidíš, ale kamera mobilu áno — namiľuj ovládač na kameru a stlač tlačidlo, uvidíš blikanie IR svetla.

Tip Kde stretávaš EM spektrum v každodennom živote? Mikrovlnná rúra, TV diaľkový ovládač (infračervené), RTG v nemocnici, Wi-Fi router (mikrovlny), opaľovací krém (blokuje UV) — s EM spektrom sa stretávaš každý deň!

Cvičné príklady

Ktorá časť EM spektra má najkratšiu vlnovú dĺžku?

Zobraziť odpoveď

Gama žiarenie má najkratšiu vlnovú dĺžku (a najvyššiu frekvenciu a energiu).

Prečo sa EM vlny môžu šíriť vo vesmíre, ale zvuk nie?

Zobraziť odpoveď

EM vlny sú priečne vlny, ktoré nepotrebujú prostredie — môžu sa šíriť vo vákuu. Zvuk je pozdĺžna vlna, ktorá potrebuje chvenie častíc, takže vo vákuu sa šíriť nemôže.

Mikrováhna má frekvenciu 2,4 GHz. Vypočítaj vlnovú dĺžku. (c = 3 × 10⁸ m/s)

Zobraziť odpoveď

λ = c/f = (3 × 10⁸) / (2,4 × 10⁹) = 0,125 m = 12,5 cm.